運維第一課——計算機組成與操作

    計算機是現代一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算，又可以進行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備。由硬件系統和軟件系統所組成，沒有安裝任何軟件的計算機稱為裸機?？煞譃槌売嬎銠C、工業控制計算機、網絡計算機、個人計算機、嵌入式計算機五類，較先進的計算機有生物計算機、光子計算機、量子計算機等。

    計算機發明者約翰·馮·諾依曼。計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一，對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響，并以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域，已形成了規模巨大的計算機產業，帶動了全球范圍的技術進步，由此引發了深刻的社會變革，計算機已遍及一般學校、企事業單位，進入尋常百姓家，成為信息社會中必不可少的工具。

    計算機的應用在中國越來越普遍，改革開放以后，中國計算機用戶的數量不斷攀升，應用水平不斷提高，特別是互聯網、通信、多媒體等領域的應用取得了不錯的成績。1996年至2009 年，計算機用戶數量從原來的630萬增長至6710 萬臺，聯網計算機臺數由原來的2.9萬臺上升至5940萬臺?；ヂ摼W用戶已經達到3.16 億，無線互聯網有6.7 億移動用戶，其中手機上網用戶達1.17 億，為全球第一位。

————————來自百度百科

馮.諾依曼的體系主要為五大部件，分別是：

運算器（核心），控制器（協調操作運算器和其他設備之間的操作），存儲器（隨機訪問存儲器RAM），輸入設備，輸出設備。

    其中運算器是在計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術邏輯部件（ALU）。

    控制器負責控制和協調整個計算機的動作，控制通常需要程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、定時與控制電路，以及脈沖源、中斷等共同完成。

    存儲器的主要功能是存儲程序和各種數據，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數據的存取。存儲器是具有“記憶”功能的設備，它采用具有兩種穩定狀態的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中采用只有兩個數碼“0”和“1”的二進制來表示數據。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為“0”和“1”。

    輸入設備（InputDevice）是人或外部與計算機進行交互的一種裝置，用于把原始數據和處理這些數的程序輸入到計算機中。計算機能夠接收各種各樣的數據，既可以是數值型的數據，也可以是各種非數值型的數據，如圖形、圖像、聲音等都可以通過不同類型的輸入設備輸入到計算機中，進行存儲、處理和輸出。

    輸出設備（Output Device）是指計算機將其數據經過顯示、打印、聲音、控制外圍設備等方式展示出來的一種裝置。常見的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統、語音輸出系統、磁記錄設備等。

在計算機中因為電流的特性所以必須使用二進制來進行數據的存儲和處理。（如果使用十進制也是可以，但是會帶來很多不必要的麻煩，比如使用十進制就要將計算機中流過的電流分成十種不同的狀態，但是在計算機的電路中必不可少的存在著消耗會使電流在經過器件時改變狀態）

當有了這些硬件之后電腦便可以運行，但是這僅僅只可以實現簡單的加減運算，所以人們在這些硬件的基礎上開發出了軟件來將這些運算綜合起來實現更加復雜的運算。在最開始的時候程序員們將程序編好打在紙條上傳入機器中，這種方式成為單處理，但是這種輸入的方式十分耗費時間而CPU的處理速度是很快的，于是有人想出了辦法，將輸入輸出與CPU分開，用CPU去處理一批程序，這就叫做單道批處理。再后來人們不能滿足一項一項的處理程序，于是誕生了多道批處理。自此，計算機的發展便一發而不可收拾。

計算機發展到了今天，人們已經可以十分方便的使用鼠標鍵盤等對電腦進行操作來完成各種各樣的功能。為了更加方便的使用計算機，人們開發出了操作系統。

    不同的硬件需要不同的微碼軟件。要想很好地使用硬件則需要操作系統，對許多微碼程序進行封裝成一個整體，即操作系統內核，操作系統內核可以很好的承上啟下，對下管理計算機的硬件，對上為給軟件提供封裝好的接口。軟件尋找操作系統接口和使用操作系統的接口的過程叫system call，利用這個接口把我們需要的信息，和需要做的操作通過接口傳遞到操作系統的內核中，即系統調用。調用系統接口的不是程序而是進程。

   進程是操作系統為了更好的分配計算機資源而構思出來的方法，這種方法將程序需要的資源等信息構建成表稱為PCB表，所以說程序是靜態的，而進程是動態的，是活的，它有自己的生命周期。

   操作系統的另一功能是把硬件虛擬化抽象出來的，不直接去使用硬件，而是用一種代替，虛擬的方式去使用硬件，比如D盤圖標在計算機的使用者看來它只是一個叫D的盤符，而對于計算機來說這個D盤可就要復雜的多了，這就大大的方便了我們的使用。同時操作系統還給硬件分配資源，監控并防止出現資源分配不合理的情況，在極大程度上減少了操作計算機的難度。當資源分配不合理時，資源浪費會導致系統不運行或崩潰。

   計算機大致工作原理為應用程序通過操作接口shell，經過系統調用到操作系統內核，由內核進行匯編，將高級語言翻譯成匯編語言再翻譯成計算機能夠理解的機器語言，從而對硬件進行調用。軟件是由代碼組成，這種組成的方式有很多種按照編寫的方式可以大致的分為微碼語言和高級語言。微碼語言轉化成機器語言的效率高，但是編碼的過程很復雜。所以為了方便，更為了發展，便產生了高級語言，這是一種接近人類的自然語言，轉化成機器語言的效率低，會產生很多中間代碼，在運行的時候所需要的額外開銷。對于開銷這方面，在計算機剛產生的時代是盡量避免的，但是現在計算機已經越來越廉價了，速度也越來越快，這些額外的開銷已經可以接受。使用高級語言大大減少了編碼的難度，所以促進了計算機軟件的發展。越來越多的高級語言被開發出來。

   高級語言又可分為系統級和應用級，如果按照編程的思想還可分為面向過程編程，也就是按照嚴格的邏輯結構來編寫代碼和面向對象編程，這種編程方式相對自由，更注重數據處理的過程，而不是數據結構。又如果按照編譯方式也可分為強語言，這是一種編譯性語言，例如：C，C++,JAVA，這種程序源代碼必須經過編譯，不編譯無法使用。弱語言，這是解釋性語言，例如：PHP,Python，shell，這種代碼不聲明變量也可以使用，不經過編譯，經過解釋器也可以使用。

   目前的主流操作系統有linux和windows，傳統意義上的Linux就是指Linux的內核，它有各種各樣的發行版，這些發行版是在這個內核的基礎上封裝上一些常用的軟件開發出來的。windows基本也是如此，但是linux為開源軟件，而windows不是，windows操作系統指的是它的內核，但是因為他不是開源軟件所以我們只能使用windows為我們封裝好的這個發行版操作系統，它將一些常用的軟件集合在一起，比如：原先的IE瀏覽器和現在的edge瀏覽器，雖然這大大的方便了我們的使用，但是總有一種被動的感覺。linux中各種軟件可以隨意安裝，也可以使用來源于它的發行版，甚至當有需要的時候還可以自己制作發行版。linux的版本號在2版本中是有一定規律的，比方說 Linux 2.6.32-573（2為主版本號，6為次版本號，如果是偶數為穩定版，奇數則是開發版存在不穩定因素，后面的32為在原版本的基礎上進行過多少次的修訂，573則是自定義的）當然這個規律在3版本中并不適用，奇偶版本號再沒有規律。當我們要安裝linux的時候并不一定要安裝最新的版本，因為并不是最新的版本就一定最好用，有的時候只是更新了一個小小的地方就有可能更新一個版本，但是這個小地方有可能對你的機器并不兼容。

以上，來自運維初學者。